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1、虚拟现实基础与虚拟现实基础与VRML编程编程授课教师：赵应丁授课教师：赵应丁E-Mail:E-Mail:第第十三十三讲 VRML交互功能交互功能1.接触传感器2.环境传感器3.感知传感器4.碰撞编组2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/221 1 1 1江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院第第十三十三讲 VRML交互功能交互功能接触传感器:TouchSensor传感节点。环境传感器:PlaneSensor传感节点、SphereSensor传感节点以及CylinderSen
2、sor传感节点。感知传感器：VisibilitySensor传感节点和ProximitySensor传感节点.碰撞编组：Collision传感节点2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/222 2 2 2江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院1.接触传感器接触传感器TouchSensor节点用于创建检测用户基于指点设备(如鼠标和操纵杆等)的动作，并将其转换后以各种形式的事件加以输出。TouchSensor节点可以作为任何编组节点的子节点使用，并感知用户对该编组节点中所有造型的
3、指点动作。TouchSensor传感器本身并不创建任何几何造型或其他可视对象。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/223 3 3 3江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院1.接触传感器(续)TouchSensor节点语法格式如下：TouchSensor enabled TRUE isOver isActive touchTime hitPoint_changed hitNormal_changed hitTexCoord_changed2024/7/222024/7/22
4、2024/7/222024/7/224 4 4 4江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院1.接触传感器(续)Enabled域的域值设置场景中是否激活该接触传感器。isOver出事件当用户操纵指点设备位于被传感的三维造型上时，引发该事件，且事件为TRUE；反之，当用户操纵指点设备离开被传感的三维造型上时，再度引发该事件，且事件值为FALSE。isActive出事件当用户操纵指点设备指向、选取并保持选取被传感的三维造型时，引发该事件，且事件值为TRUE；当用户释放设备点击状态后，再度引发该事件，且事件值为F
5、ALSE。TouchTime出事件当用户操纵指点设备指向并选取被感知的三维造型，同时保持指点设备指向且释放指点设备时，引发该事件，事件值是释放指点设备时的系统的当前时间。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/225 5 5 5江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2.环境传感器环境传感器在浏览者选取、保持选取并移动指点设备时产生事件输出。平面传感器：PlaneSensor节点圆柱体传感器：CylinderSensor节点球体传感器：SphereSensor节点2024/7/
6、222024/7/222024/7/222024/7/226 6 6 6江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2.环境传感器(续)PlaneSensor传感器PlaneSensor enabled TRUE offset 0.0 0.0 0.0 autoOffset TRUE minPosition 0.0 0.0 maxPosition 1.0 1.0 isActive tracePoint_changed translation_changed2024/7/222024/7/222024/7/222
7、024/7/227 7 7 7江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2.环境传感器(续)Offset域的域值用于设置人为设置造型被指点设备初始触发时的缺省偏移量。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/228 8 8 8江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2.环境传感器(续)SphereSensor节点语法格式如下：SphereSensor enabled TRUE offset 0
8、.0 1.0 0.0 0.0 autoOffset TRUE isActive trace_changed rotation_changed2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/229 9 9 9江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2.环境传感器(续)CylinderSensor节点语法格式如下：CylinderSensor enabled TRUE offset 0.0 autoOffset TRUE minAngle 0.0 maxAngle 1.0 diskAngl
9、e 0.262 isActive trackPoint_changed rotation_changed2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2210101010江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.感知传感器感知用户在场景中是否可见其中的造型或用户与造型的接近程度。VisibilitySensor节点ProximitySensor节点2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2211111111江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学
10、 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.感知传感器(续)可视传感器VisibilitySensor节点用来从浏览者所在的方位(包括空间位置及空间朝向)感知一个立方体区域在当前场景中何时可见、何时不可见，并产生多种事件输出。VisibilitySensor节点语法格式如下：VisibilitySensor enabled TRUE center 0.0 0.0 0.0 size 0.0 0.0 0.0 isActive enterTime exitTime2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2212121212江西农业
11、大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.感知传感器(续)接近传感器接近传感器ProximitySensorProximitySensor节点用来从浏览者所在的方位感知用户何节点用来从浏览者所在的方位感知用户何时进入、退出和移动于当前坐标系内的一个立方体区域，并产生多种时进入、退出和移动于当前坐标系内的一个立方体区域，并产生多种事件输出。事件输出。ProximitySensor ProximitySensor 节点语法格式如下：节点语法格式如下：ProximitySensor ProximitySensor e
12、nabled TRUE enabled TRUE center 0.0 0.0 0.0 center 0.0 0.0 0.0 size 0.0 0.0 0.0 size 0.0 0.0 0.0 isActive isActive enterTime enterTime exitTime exitTime position_changed position_changed orientation_changed orientation_changed 2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2213131313江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与
13、信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2. 2. 虚拟现实系统分类虚拟现实系统分类( (续续) )按传感器与人的感官分类按传感器与人的感官分类视觉听觉触觉前庭器官嗅觉或味觉2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2214141414江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院2. 2. 虚拟现实系统分类虚拟现实系统分类( (续续) )按隔离与融合分类隔离是指计算机生成的虚拟境界被人所感知时与人所处的真实世界相互隔离，即用户既看不到真实世界系统、也听
14、不到真实世界声音，完全被虚拟环境所封闭，该类系统即称为沉浸式虚拟现实系统。融合是指计算机生成的虚拟境界可以叠加在人所能感知的真实世界之上，即虚拟境界直接与人看到的真实世界叠加在一起，该类系统近年来被称之为增强现实系统。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2215151515江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.3.虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统的硬件由4部分组成：虚拟境界生成设备，感知设备、跟踪设备和基于自然方式的人与环境交互设备。1.虚拟境界生
15、成设备虚拟境界生成设备可以是一台或多台高性能计算机，通常又可分为：基于高性能个人计算机、基于高性能图形工作站和基于分布式异构计算机的虚拟现实系统三大类。虚拟现实系统对于计算机硬件的图形处理性能要求较高。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2216161616江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.3.虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统硬件组成( (续续) )虚拟境界生成设备的主要功能如下：虚拟境界生成设备的主要功能如下：(1)视觉通道信号的生成与显示。(2)听觉通道信号的
16、生成与展示。(3)触觉与力觉通道信号。(4)支持实时人机交互操作，包括3维空间定位、碰撞检测、语音识别以及人与环境实时对话环境。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2217171717江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.3.虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统硬件组成( (续续) )(2)(2)感知设备感知设备视觉感知设备。听觉感知设备。触觉感知设备。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2218181818江西农业大学江西农业大学江西农业
17、大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.3.虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统硬件组成( (续续) )(3)(3)跟踪设备跟踪设备跟踪设备是用于跟踪并检测用户位置和朝向的装置，用于虚拟现实系统中基于自然方式的人机交互操作。跟踪设备一般都由一个或多个信号发射器以及多个接受器组成。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2219191919江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院3.3.虚拟现实系统硬件组成虚拟现实系统硬件
18、组成( (续续) )(4)(4)人与环境交互设备人与环境交互设备虚拟现实系统所使用的交互设备应用手势、体势、眼势以及自然语言的人机交互设备，常见的有数据手套、数据衣服、眼球跟踪器以及语音识别装置。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2220202020江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院4.4.虚拟现实研究内容虚拟现实研究内容虚拟现实的研究内容大致可分为虚拟现实技术及虚拟现实应虚拟现实的研究内容大致可分为虚拟现实技术及虚拟现实应用两大类。用两大类。虚拟现实技术虚拟现实技
19、术人机自然交互技术基于图形学的研究基于图像的建模和渲染碰撞技术基于Internet的研究声音技术。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2221212121江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院4.4.虚拟现实研究内容虚拟现实研究内容( (续续) )虚拟现实应用虚拟现实应用真实世界仿真。抽象概念建模，也称为可视化。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2222222222江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算
20、机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实增强现实概念增强现实是虚拟现实技术领域中产生的一个新兴的研究方向。虚拟现实强调沉浸感，要求使人感觉与其所处的环境完全隔离。增强现实作为对真实世界的一种补充和增强，丰富了用户对真实世界的感知和人机交互。增强现实具有以下3个主要特征：真实世界与虚拟境界要求在三维空间上加以整合。具有实时人机交互功能。增强特征适用于所有感知通道，不仅有景象，还应包括声音等；也可以使用增强技术实现削。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2223232323江西农业大学江西农业大学江西农业大学
21、江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)增强现实系统构造一个增强现实系统的核心是如何将真实世界与虚拟境界在视觉领域完美融合，现有两类基本技术加以实现：基于光学的技术和基于视频的技术。基于光学技术实现虚拟融合的基本原理是通过半透明、半反射的光学镜片将虚拟境界和真实世界叠加在一起；基于视频技术实现虚拟现实融合的基本原理是通过摄像机将真实世界采样图像在图形处理器中与虚拟对象叠加在一起后再显示出来。基于光学的透视式HMD实现方法是把光学融合器放置在用户眼前来实现增强现实的。基于视频的封闭式HMD实现方
22、法是把一个封闭的视频头盔同1-2个视频摄象机结合在一起。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2224242424江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)基于光学方法的主要优点有：基于光学方法的主要优点有：简单和廉价。简单和廉价。显示分辨率高。显示分辨率高。系统安全性好。系统安全性好。无眼睛位置偏移。无眼睛位置偏移。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2225252525江西农业大学江西农业大学江
23、西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)基于视频技术的主要优点有：基于视频技术的主要优点有：融合灵活。融合灵活。图像延时匹配较好。图像延时匹配较好。畸变可匹配。畸变可匹配。亮度匹配容易。亮度匹配容易。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2226262626江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)增强现实关键技术增强现
24、实关键技术聚焦与对比度。融合精度与实时性问题。系统可移动性。传感系统。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2227272727江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)增强现实应用领域增强现实应用领域医学领域。机械制造、维修。可视化应用。娱乐应用。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2228282828江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机
25、与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与随身增强身增强现实(续)随身增强现实系统是增强现实与随身计算技术相结合的产物。所谓随身计算技术，实际上是一种无线联网的移动多媒体计算技术。随身增强现实系统的主要概念是把整套增强现实系统，包括虚拟场景生成器、HMD和跟踪设备可带，这满足了增强现实对系统可移动性的要求，也进一步拓宽了增强现实的应用领域。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2229292929江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院5. 增强增强现实与随与
26、随身增强身增强现实(续)近年来，随着现实技术、虚拟环境以及增强方法应用的不断充实、进步和完善。著名学者Paul Milgram提出了一种分类学方法-虚实统一体(Virtual Continnum,VC)。 现实环境(Real Environment,RE)，指真实存在的现实世界。虚拟环境(Virtual Environment,VE)，由计算机生成的虚拟境界。增强现实(Augmented Reality,AR),指现实世界中叠加虚拟对象。增强虚拟(Augmented Virtuality,AV)，在虚拟境界中叠加上现实对象。混合现实(Mixed Reality，MR)，由AR和AV组成。虚实统一体(Virtual Vontinuum,VC)，由RE、AR、AV和VE组成。2024/7/222024/7/222024/7/222024/7/2230303030江西农业大学江西农业大学江西农业大学江西农业大学 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院Thanks!Thanks!Thankyou
